JP2009212251A - 部品移載装置 - Google Patents

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Hiroshi Kobayashi
寛 小林
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Yamaha Motor Co Ltd
ヤマハ発動機株式会社
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Abstract

【課題】駆動機構の熱膨張などにより移動撮像部に位置ずれが生じた場合にも、部品の搭載精度の低下を抑制することが可能な部品移載装置を提供する。
【解決手段】この表面実装機100(部品移載装置)は、部品120を吸着させながら移動して所定の位置に載置するヘッドユニット20と、ヘッドユニット20に設けられた基準マーク25および26と、ヘッドユニット20に対して移動しながら基準マーク25および26と部品120とを撮像する移動撮像部50と、ヘッドユニット20および移動撮像部50を制御する制御部61とを備え、制御部61は、移動撮像部50により予め撮像された基準マーク25および26の画像と、部品120の移動時に移動撮像部50により撮像される基準マーク25および26の画像とに基づいて、撮像された部品120の画像に対して移動撮像部50の位置ずれを補正する。
【選択図】図2

Description

この発明は、部品移載装置に関し、特に、移動撮像部を備えた部品移載装置に関する。
従来、移動撮像部を備えた部品移載装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
上記特許文献1には、部品を吸着する複数のノズルを有するヘッドユニットと、ヘッドユニットに移動可能に取り付けられ、複数のノズルに吸着された部品を撮像するラインスキャンカメラ(移動撮像部)と、ラインスキャンカメラに撮像された部品を認識するとともに、装置の駆動を制御する制御部とを備えた部品搭載装置が開示されている。このラインスキャンカメラは、ヘッドユニットに設けられたボールネジおよび駆動モータにより、複数のノズルの配列方向に沿って移動するように構成されている。この特許文献1による部品搭載装置では、制御部は、ラインスキャンカメラによって撮像された部品の吸着位置などを認識し、搭載順序を決定するとともに、所定の搭載位置に部品が搭載されるようにヘッドユニットを駆動させるように構成されている。
特開2004−63867号公報
しかしながら、特許文献1の部品搭載装置では、部品搭載時に、ヘッドユニットに設けられたボールねじの熱膨張や、ボールねじに駆動力を伝える駆動モータの駆動誤差などにより、ラインスキャンカメラに位置ずれが生じるという不具合がある。このため、制御部がスキャンカメラによって撮像された部品の画像から位置および姿勢を認識した場合に、認識結果に位置ずれが発生することにより、部品搭載精度が低下するという問題点がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、駆動機構の熱膨張などにより移動撮像部に位置ずれが生じた場合にも、部品の搭載精度の低下を抑制することが可能な部品移載装置を提供することである。
課題を解決するための手段および発明の効果
この発明の一の局面による部品移載装置は、部品を吸着する複数の吸着ノズルを含み、部品を吸着ノズルに吸着させながら移動して部品を所定の位置に載置するヘッドユニットと、ヘッドユニットに設けられた第1基準マークおよび第2基準マークと、ヘッドユニットに設けられた所定の移動機構に沿って移動可能に取り付けられ、ヘッドユニットに対して移動しながら第1基準マークと第2基準マークと吸着ノズルに吸着された部品とを撮像する移動撮像部と、ヘッドユニットおよび移動撮像部の駆動を制御する制御部とを備え、
制御部は、移動撮像部により予め撮像された第1基準マークおよび第2基準マークの画像と、部品の移動時に移動撮像部により撮像される第1基準マークおよび第2基準マークの画像とに基づいて、撮像された部品の画像から認識される部品の位置に対して移動撮像部の位置ずれを補正するように構成されている。
この一の局面による部品移載装置では、上記のように、移動撮像部により予め撮像された第1基準マークおよび第2基準マークの画像と、部品の移動時に移動撮像部により撮像される第1基準マークおよび第2基準マークの画像とに基づいて、撮像された部品の画像から認識される部品の位置に対して移動撮像部の位置ずれを補正するように構成することによって、駆動機構の熱膨張などにより移動撮像部の位置ずれが生じた場合にも、位置ずれの発生した移動撮像部により撮像された画像に基づいて認識される部品の位置を適正な位置に補正することができる。このため、駆動機構の熱膨張などにより移動撮像部に位置ずれが生じた場合にも、部品の搭載精度が低下するのを抑制することができる。
また、上記一の局面による部品移載装置において、好ましくは、部品移載装置は、移動撮像部により予め撮像された第1基準マークおよび第2基準マークの画像情報を記憶する記憶部をさらに備え、制御部は、部品の移動時に移動撮像部により撮像される画像から認識した第1基準マークおよび第2基準マークの各々と吸着された部品との距離の比と、移動撮像部により予め撮像されるとともに記憶部に記憶された画像から取得した第1基準マークおよび第2基準マークの基準位置とに基づいて、移動撮像部の位置ずれがない状態の部品の位置を算出することによって、撮像された部品の認識位置に対して移動撮像部の位置ずれを補正するように構成されている。このように構成すれば、部品の移動時に撮像された基準マークと部品との距離の比を用いて移動撮像部の位置ずれがない状態の部品の位置を求めることができるので、部品の認識位置を容易に補正することができる。
また、上記一の局面による部品移載装置において、好ましくは、制御部は、第1基準マークの基準位置と移動撮像部の位置ずれがない状態の部品の位置との間の距離と、第2基準マークの基準位置と移動撮像部の位置ずれがない状態の部品の位置との間の距離との比が、部品の移動時に移動撮像部により撮像された第1基準マークの認識位置と部品の認識位置との間の距離と、第2基準マークの認識位置と部品の認識位置との間の距離との比に等しい関係を有することに基づいて、移動撮像部の位置ずれがない状態の部品の位置を算出するように構成されている。このように構成すれば、単純な比の関係に基づいて移動撮像部の位置ずれがない状態の部品の位置を求めることができるので、移動撮像部に位置ずれが生じた場合にも各吸着ノズルに吸着された部品の正確な位置を容易に算出することができる。
また、上記一の局面による部品移載装置において、好ましくは、移動撮像部は、直線状に移動するように設けられており、第1基準マークおよび第2基準マークは、移動撮像部の移動経路に沿ってヘッドユニットの複数の吸着ノズルとともに直線状に配列されている。このように構成すれば、移動撮像部の移動経路に沿って直線状に複数の吸着ノズルと第1基準マークと第2基準マークとが配列されることにより、第1基準マークおよび第2基準マークの位置を基準として吸着ノズルに吸着された部品の位置を正確に認識することができるので、部品の認識位置を正確に補正することができる。
また、上記一の局面による部品移載装置において、好ましくは、制御部は、移動撮像部の移動経路に直交する方向における移動撮像部の位置ずれを、移動撮像部の移動経路に直交する方向への移動撮像部の移動機構の平行移動として近似することにより、第1基準マークおよび第2基準マークの基準位置と、部品の移動時に撮像された第1基準マークおよび第2基準マークの認識位置との差に基づいて、部品の移動時に撮像された認識位置から移動撮像部の位置ずれがない状態の部品の位置を算出するように構成されている。このように、移動撮像部の移動方向における移動撮像部の位置ずれに対してずれ量が小さくて、ずれ量に起因する影響の小さい移動方向と直交する方向の移動撮像部の位置ずれに関しては、移動撮像部の移動経路に直交する方向へ移動撮像部の移動機構が平行に移動したものと近似することにより、第1基準マークおよび第2基準マークの基準位置と部品の移動時に撮像された第1基準マークおよび第2基準マークの認識位置との差に基づいて簡単に部品の認識位置の補正を行うことができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態による表面実装機の全体構成を示す斜視図である。図2〜図11は、図1に示した表面実装機の構造を説明するための図である。以下、図1〜図11を参照して、本発明の一実施形態による表面実装機100の構造について説明する。なお、この第1実施形態では、本発明の部品移載装置を表面実装機に適用した場合の例について説明する。
図1〜図5に示すように、第1実施形態による表面実装機100は、プリント基板110に部品120を実装する装置である。図1に示すように、表面実装機100は、X方向に延びる一対の基板搬送コンベア10と、一対の基板搬送コンベア10の上方をXY方向に移動可能なヘッドユニット20とを備えている。一対の基板搬送コンベア10の両側には、部品120を供給するための複数のテープフィーダ121が配置されている。ヘッドユニット20は、テープフィーダ121から部品120を取得するとともに、基板搬送コンベア10上のプリント基板110に部品120を実装する機能を有する。基板搬送コンベア10およびヘッドユニット20は、基台1上に設置されている。以下、表面実装機100の具体的な構造を説明する。
一対の基板搬送コンベア10は、プリント基板110をX方向に搬送するとともに、所定の実装作業位置でプリント基板110を停止させ、保持させることが可能なように構成されている。
テープフィーダ121は、複数の部品120を所定の間隔を隔てて保持したテープが巻き回されたリールを保持している。このテープフィーダ121は、リールを回転させることにより部品120を保持するテープを送り出すことによって、テープフィーダ121の先端から部品120を供給するように構成されている。なお、部品120は、IC、トランジスタ、コンデンサなどの小型の電子部品である。
また、ヘッドユニット20は、X方向に延びるヘッドユニット支持部30に沿ってX方向に移動可能に構成されている。具体的には、ヘッドユニット支持部30は、ボールネジ軸31とボールネジ軸31を回転させるサーボモータ32とX方向のガイドレール(図示せず)とを有しているとともに、ヘッドユニット20は、ボールネジ軸31が螺合されるボールナット21(図2参照)を有している。ヘッドユニット20は、サーボモータ32によりボールネジ軸31が回転されることにより、ヘッドユニット支持部30に対してX方向に移動するように構成されている。また、ヘッドユニット支持部30は、基台1上に設けられたY方向に延びる一対の固定レール部40に沿ってY方向に移動可能に構成されている。具体的には、固定レール部40は、ヘッドユニット支持部30の両端部をY方向に移動可能に支持するガイドレール41と、Y方向に延びるボールネジ軸42(図4参照)と、ボールネジ軸42を回転させるサーボモータ43(図4参照)とを有しているとともに、ヘッドユニット支持部30には、ボールネジ軸42が螺合されるボールナット33(図4参照)が設けられている。ヘッドユニット支持部30は、サーボモータ43によりボールネジ軸42が回転されることによって、ガイドレール41に沿ってY方向に移動するように構成されている。このような構成により、ヘッドユニット20は、基台1上をXY方向に移動することが可能なように構成されている。
また、図3および図4に示すように、ヘッドユニット20には、X方向に配列された4本の吸着ノズル22と、2つの基準マーク25および26とが下方に突出するように設けられている。また、基準マーク25および基準マーク26は、配列された4本の吸着ノズル22の外側にそれぞれ設けられている。また、各々の吸着ノズル22は、負圧発生機(図示せず)によってその先端に負圧状態を発生させることが可能に構成されている。吸着ノズル22は、この負圧によって、テープフィーダ121から供給される部品120を先端に吸着および保持することが可能である。なお、基準マーク25および基準マーク26は、それぞれ本発明の「第1基準マ−ク」および「第2基準マーク」の一例である。
また、各々の吸着ノズル22は、図示しない機構(サーボモータなど)によって、ヘッドユニット20に対して上下方向(Z方向)に移動可能に構成されている。表面実装機100は、吸着ノズル22が上昇位置に位置した状態で部品120の搬送などを行うとともに、吸着ノズル22が下降位置に位置した状態で部品120のテープフィーダ121からの吸着およびプリント基板110への実装を行うように構成されている。また、吸着ノズル22は、吸着ノズル22自体がその軸を中心として回転可能に構成されている。これにより、表面実装機100では、部品120を搬送する途中に吸着ノズル22を回転させることにより、ノズルの先端に保持された部品120の姿勢(水平面内の向き)を調整することが可能である。
また、本実施形態では、基準マーク25および基準マーク26は、後述する移動撮像部50によって底面を撮像されることにより、表面実装機100の実装時に発生する移動撮像部50の位置ずれによる部品120の認識位置への影響を補正するために設けられている。また、基準マーク25および基準マーク26は、底面が正方形の四角柱形状を有する。ここで、本実施形態では、基準マーク25および26は、移動撮像部50の移動経路(X方向)に沿って4本の吸着ノズル22とともに直線状に配列されている。
また、本実施形態では、ヘッドユニット20には、吸着ノズル22に吸着された複数の部品120と基準マーク25および26とを撮像するための移動撮像部50が取り付けられている。この移動撮像部50は、図2に示すように、ヘッドユニット20に対してX方向に移動可能に取り付けられている。具体的には、ヘッドユニット20には、X方向に延びるボールネジ軸23と、ボールネジ軸23を回転させるサーボモータ24とが設けられているとともに、移動撮像部50には、ボールネジ軸23が螺合されるボールナット51が設けられている。移動撮像部50は、サーボモータ24によりボールネジ軸23が回転されることにより、ヘッドユニット20に対してX方向に移動されるように構成されている。したがって、移動撮像部50の移動経路と吸着ノズル22および基準マーク25、26の配列方向とが、実質的に同一方向(X方向)となるように構成されている。これにより、移動撮像部50は、ヘッドユニット20にX方向に並んで配置された4本の吸着ノズル22に保持された部品120と吸着ノズル22の外側に配置された基準マーク25および26とを順次撮像することが可能になる。また、ヘッドユニット20に移動撮像部50が取り付けられることによって、部品120を吸着ノズル22により保持した状態でヘッドユニット20を実装位置に移動させながら、移動撮像部50をヘッドユニット20に対して相対移動させて部品120の姿勢(吸着ノズル22への吸着状態)と基準マーク25および26とを撮像することが可能である。なお、ボールネジ軸23およびサーボモータ24は、それぞれ本発明の「移動機構」の一例である。
移動撮像部50は、図2〜図7に示すように、1つの部品認識用カメラ52と、吸着ノズル22に吸着された部品120と基準マーク25および26とに対して下方および側方からそれぞれ照明光を照射する下方照明部53および側方照明部54と、部品120の撮像光を部品認識用カメラ52に導くためのプリズム55〜57とを含んでいる。また、部品認識用カメラ52には、後述するように、6つのラインセンサ521〜526(図10参照)からなるイメージセンサ52aが内蔵されている。
また、図6に示すように、部品120および基準マーク25、26の下方には、撮像時にZ方向の撮像光をX方向に沿った方向に反射させるための反射面55aを有するプリズム55が配置されるように構成されている。また、プリズム55の側方には、プリズム55によりX方向に反射された撮像光を部品認識用カメラ52側に反射させるための反射面56aを有するプリズム56が配置されている。これにより、部品120および基準マーク25、26の下面が、プリズム55の反射面55aとプリズム56の反射面56aとにより反射されて部品認識用カメラ52のイメージセンサ52aによって撮像されるように構成されている。
図8および図9に示すように、上記したプリズム56の側方には、反射面57aおよび57bを有するプリズム57が配置されている。反射面57aは、部品120からのY方向の撮像光を反射面57bに向かってZ方向に反射させるように構成されており、反射面57bは、入射した撮像光をプリズム56の反射面56aに向かってX方向に反射させるように構成されている。これにより、部品120は、プリズム57の反射面57aおよび57bと、プリズム56の反射面56aとを介して部品認識用カメラ52のイメージセンサ52aにより撮像されるように構成されている。この移動撮像部50では、部品120の下方から見た画像と部品120の側方から見た画像とを1つの部品認識用カメラ52により撮像することが可能である。これにより、部品120の側方から見た画像によって部品120の姿勢を認識するとともに、部品120および基準マーク25、26の下方から見た画像によって部品120の位置および基準マーク25、26のそれぞれの位置を認識することが可能なように構成されている。
また、図10に示すように、部品認識用カメラ52のイメージセンサ52aは、いわゆるTDIセンサ(Time Delay Integration Sensor)であり、A方向に画素が連なるように延びる複数(本実施形態では、6個)のラインセンサ521〜526がB方向に配置されることにより構成されている。TDIセンサからなるイメージセンサ52aを用いることにより、移動撮像部50を部品120に対して高速で移動させながら撮像を行う場合にも、鮮明な画像を得ることが可能である。このTDIセンサからなるイメージセンサ52aは、以下のようにして部品120の撮像を行うように構成されている。
すなわち、移動撮像部50(部品認識用カメラ52)を移動させながらTDIセンサからなるイメージセンサ52aによって部品120を撮像する場合、部品120が部品認識用カメラ52に対して相対的に移動する方向(B方向)に沿って6つのラインセンサ521〜526が所定のピッチ(間隔)で並べられている。つまり、部品120は所定の速度で6つのラインセンサ521〜526を横切るように移動する。ここで、6つのラインセンサ521〜526は、各ラインセンサ521〜526間のピッチを部品120が移動するのに要する時間(以下、撮像ピッチ時間)毎に撮像を行うように制御される。これにより、1段目のラインセンサ521により撮像した部品120のある部分が、撮像ピッチ時間後に2段目のラインセンサ522により撮像される。さらに撮像ピッチ時間後には、3段目のラインセンサ523により同一部分の撮像が行われる。同様にして、部品120の同一部分が6つのラインセンサ521〜526により6回撮像される。また、各々のラインセンサ521〜526により撮像された同一部分の画像に対応する電荷は全て加算されるように制御される。これにより、6個のラインセンサからなるTDIセンサでは、一度の撮像で部品120のある部分に対して1つのラインセンサが得る電荷の6倍の電荷を得ることが可能である。このように制御することによって、移動撮像部50の移動速度を速くすることに起因して1つのラインセンサだけでは十分な電荷を得ることが困難な場合にも、鮮明な画像を得ることが可能である。
また、表面実装機100の動作は、図11に示す制御装置60によって制御されている。制御装置60は、制御部61、記憶部62、モータ制御部63、画像処理部64を含んでいる。
制御部61は、論理演算を実行するCPUなどから構成されている。制御部61は、記憶部62に記憶されているプログラムに従って、モータ制御部63、および画像処理部64を介して、イメージセンサ52a、下方照明部53、側方照明部54および各サーボモータなどを制御するように構成されている。
また、本実施形態では、制御部61は、移動撮像部50により予め撮像された基準マーク25、26の画像と、部品120の移動時に移動撮像部50により撮像される基準マーク25および26の画像とに基づいて、撮像された部品120の画像に対して移動撮像部50の位置ずれを補正するように構成されている。具体的には、制御部61は、部品120の移動時に移動撮像部50により撮像される画像から認識した基準マーク25および26の各々と吸着された部品120との距離の比と、記憶部62に記憶された移動撮像部50により予め撮像された画像から取得した基準マーク25および26の基準位置とに基づいて、移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置を算出する。これにより、制御部61は、撮像された部品120の認識位置に対して移動撮像部50の位置ずれを補正するように構成されている。
また、制御部61は、記憶部62に保存された初期調整時の吸着ノズル22の位置情報を読み出し、吸着された部品120の補正後の位置と吸着ノズル22の位置情報とに基づいて吸着ノズル22からの吸着ずれ量(吸着ノズル22から部品120の中心位置までの距離)を算出するように構成されている。制御部61は、吸着された部品120の吸着ずれ量に基づいて、部品120の搭載位置を補正するように構成されている。
記憶部62は、CPUを制御するプログラムを記憶するROM(Read Only Memory)および撮像された画像や、撮像された画像から算出された吸着ノズル22と基準マーク25および26との位置情報などを書き換え可能に記憶するRAM(Random Access Memory)で構成されている。記憶部62は、初期調整時に、予め部品120を吸着しない状態で撮像された吸着ノズル22および基準マーク25、26の画像から算出された吸着ノズル22および基準マーク25、26の位置情報を記憶するように構成されている。そして、部品120の実装時に、吸着された部品120および基準マーク25、26が移動撮像部50によって撮像されるたびに制御部61によって基準位置の情報が読み込まれ、この基準位置の情報に基づいて制御部61が補正後の部品120の位置を算出できるように構成されている。
モータ制御部63は、制御部61から出力される制御信号に基づいて、表面実装機100の各サーボモータ(ヘッドユニット支持部30をY方向に移動するためのサーボモータ43(図4参照)、ヘッドユニット20をX方向に移動するためのサーボモータ32(図4参照)、吸着ノズル22を上下方向に移動させるためのサーボモータ(図示せず)、および、移動撮像部50をX方向に移動させるためのサーボモータ24(図4参照))などの駆動を制御するように構成されている。モータ制御部63は、実装時には、制御部61からの出力信号により予め設定された部品120の搭載位置にヘッドユニット20を移動させる。そして、ヘッドユニット20の移動中に移動撮像部50により撮像された画像に基づいて補正後の搭載位置が算出されると、モータ制御部63は、制御部61からの出力信号に基づいて補正後の搭載位置にヘッドユニット20を移動させるように構成されている。
画像処理部64は、制御部61から出力される制御信号に基づいて、イメージセンサ52aから所定のタイミングで撮像信号の読み出しを行うように構成されている。また、画像処理部64は、読み出した撮像信号に所定の画像処理を行うことにより、部品120を認識するのに適した画像データを生成するように構成されている。また、画像処理部64は、生成した画像データを制御部61に出力するように構成されている。
図12〜図14は、移動撮像部によって下方から撮像される基準マークの画像と、吸着された部品の画像とを示す平面図である。次に、図12〜図14を参照して、本発明の一実施形態による表面実装機100の制御部61による部品120の搭載位置の補正について詳細に説明する。
まず、図2に示すように、表面実装機100の初期調整時に、移動撮像部50をX方向に移動させながら撮像させることにより、基準マーク25および26を撮像する。そして、図12および図13に示すように、撮像された基準マーク25および26の画像から、制御部61が基準マーク25の位置座標(Xa1,Ya1)(図12参照)および基準マーク26の位置座標(Xa2,Ya2)(図13参照)とを認識する。この場合には、移動撮像部50はボールネジ軸23の熱膨張などが発生しておらず、位置ずれのない状態で撮像されると考えてよい。したがって、初期調整時に認識された基準マーク25および26の位置座標は、移動撮像部50の位置ずれがない状態の正確な位置で認識される。
ここで、制御部61は、認識された初期調整時の基準マーク25の位置座標(Xa1,Ya1)および基準マーク26の位置座標(Xa2,Ya2)を、基準位置として記憶部62に保存する。
そして、部品120の実装時には、4本の吸着ノズル22が所定の部品120をそれぞれ吸着した状態で、移動撮像部50を図2のX方向に移動させながら撮像させる。これにより、吸着された部品120と基準マーク25および26とを撮像する。そして、撮像された部品120と、基準マーク25および26との画像から、制御部61が基準マーク25の位置座標(Xb1,Yb1)(図12参照)と基準マーク26(Xb2,Yb2)(図13参照)の位置座標と、吸着ノズル22に吸着された部品120の位置座標(Xb,Yb)(図14参照)とを認識する。
このとき、実装時に制御部61により認識された基準マーク25および26のそれぞれの位置座標は、ボールネジ軸23の熱膨張などにより移動撮像部50に位置ずれが生じることから、基準位置からずれた位置に認識される。すなわち、図12に示すように、初期調整時に基準位置(Xa1,Ya1)で認識された基準マーク25は、実装時には移動撮像部50の位置ずれにより認識位置(Xb1,Yb1)の位置で認識されることとなる。同様に、図13に示すように、初期調整時に基準位置(Xa2,Ya2)で認識された基準マーク26は、実装時には移動撮像部50の位置ずれにより認識位置(Xb2,Yb2)の位置で認識されることとなる。このため、図14に示すように、吸着された部品120の位置座標(Xb,Yb)も移動撮像部50の位置ずれにより実際の位置よりずれて認識される。
このため、制御部61は、移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120(図14の二点鎖線参照)の位置座標を(Xa,Ya)とした場合の、XaおよびYaをそれぞれ求めることにより、部品120の位置を補正するように構成されている。
まず、X方向に関して、移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置座標Xaを求める。移動撮像部50の位置ずれがない状態の基準マーク25および26の位置座標は、初期調整時の基準位置Xa1およびXa2である。このとき、各基準マーク25および26の基準位置Xa1およびXa2と移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置Xaとの距離は、それぞれ、(Xa−Xa1)および(Xa2−Xa)で表される。
次に、部品120の実装時に撮像された、移動撮像部50の位置ずれが発生している状態で認識された基準マーク25、26および吸着された部品120の認識位置はそれぞれ、Xb1、Xb2およびXbである。このとき、各基準マーク25および26の認識位置Xb1およびXb2と吸着された部品120の認識位置Xbとの距離は、それぞれ(Xb−Xb1)および(Xb2―Xb)で表される。
ここで、ボールネジ軸23の熱膨張などにより移動撮像部50の位置ずれが発生した場合には、移動撮像部50により撮像された画像は位置ずれによってずれた位置で撮像される一方、基準マーク25と基準マーク26との間の距離自体は変化しない。このため、移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置と各基準マーク25、26の基準位置とのそれぞれの距離の比(Xa−Xa1):(Xa2−Xa)は、移動撮像部50の位置ずれが発生している状態で認識された基準マーク25、26の認識位置と吸着された部品120の認識位置との距離の比(Xb−Xb1):(Xb2―Xb)と等しい。すなわち、以下の式(1)が成り立つ。
(Xa−Xa1):(Xa2−Xa)=(Xb−Xb1):(Xb2―Xb)…(1)
したがって、上記式(1)より、移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置Xaは、以下の式(2)により求められる。
Xa=(Xa2−Xa1)Xb/(Xb2−Xb1)−(Xa1Xb2−Xa2Xb1)/(Xb2−Xb1)…(2)
次に、Y方向に関して、移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置Yaを求める。ここで、Y方向は移動撮像部50を移動可能に支持するボールネジ軸23の延びる方向(移動撮像部50の移動方向)と直交する方向である。ボールネジ軸23の熱膨張などによる変形を考えた場合、ボールネジ軸23は、主としてボールネジ軸23の延びる方向(X方向)へ変形する。したがって、ボールネジ軸23の延びる方向(移動撮像部50の移動方向、X方向)における移動撮像部50の位置ずれと比較して、ボールネジ軸23の延びる方向(移動撮像部50の移動方向)と直交する方向(Y方向)への移動撮像部50の位置ずれは微小である。このため、移動撮像部50の位置ずれに起因する影響の小さいY方向に関する移動撮像部50の位置ずれは、移動撮像部50のボールネジ軸23がY方向に平行移動したものとして近似することが可能である。
移動撮像部50の位置ずれがない状態の基準マーク25および26の位置は、初期調整時の基準位置Ya1およびYa2である。また、移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置はYaである。また、表面実装機100の実装時に撮像された、移動撮像部50の位置ずれが発生している状態で認識された基準マーク25、26および吸着された部品120の認識位置はそれぞれ、Yb1、Yb2およびYbである。ここで、Y方向の移動撮像部50の位置ずれは、Y方向への移動撮像部50のボールネジ軸23の平行移動と近似されるので、基準マーク25、26および部品120のそれぞれの認識位置と初期調整時のそれぞれの位置との差は等しい。このため、以下の式(3)が成り立つ。
Yb−Ya=Yb1−Ya1=Yb2−Ya2…(3)
したがって、上記式(3)より、移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置Yaは、以下の式(4)により求められる。
Ya=Yb+Ya1−Yb1=Yb+Ya2−Yb2…(4)
以上のように、制御部61は、移動撮像部50の移動経路に沿う方向(X方向)に関して、移動撮像部50により初期調整時に予め撮像された基準マーク25の基準位置(Xa1)と移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置(Xa)との間の距離と、基準マーク26の基準位置(Xa2)と移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置(Xa)との間の距離との比が、部品120の移動時に移動撮像部50により撮像された基準マーク25の認識位置(Xb1)と部品120の認識位置(Xb)との間の距離と、基準マーク26の認識位置(Xb2)と部品120の認識位置(Xb)との間の距離との比に等しい関係を有するという上記式(1)に基づいて、移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置Xaを上記式(2)により算出する。
また、制御部61は、移動撮像部50の移動経路に直交する方向(Y方向)に関しては、移動撮像部50の移動経路と直交する方向(Y方向)に移動撮像部50のボールネジ軸23が平行に移動したものと近似することにより、基準マーク25および基準マーク26のそれぞれの基準位置(Ya1およびYa2)と、部品120の移動時に撮像された基準マーク25および基準マーク26のそれぞれの認識位置(Yb1およびYb2)との差が等しいという上記式(3)に基づいて移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置Yaを上記式(4)を算出する。これにより、移動撮像部50の位置ずれによってずれた位置に認識される部品120の認識位置(Xb,Yb)を正確な位置(Xa,Ya)に補正することができる。
図15および図16は、本発明の一実施形態による表面実装機が部品を搭載する際の制御を説明するためのフローチャートである。次に、図1、図2、図15および図16を参照して、本実施形態の表面実装機が部品を搭載する際の制御動作について説明する。
まず、図15に示すように、初期調整時では、ステップS1において、4本の吸着ノズル22が部品120を吸着しない状態で移動撮像部50がヘッドユニット20に対してX方向(図2参照)に移動しながら撮像を行う。これにより、移動撮像部50のボールネジ軸23の熱膨張などによる位置ずれのない状態において、基準マーク25および26と、4本の吸着ノズル22とが撮像される。撮像された各吸着ノズル22および基準マーク25、26のそれぞれの画像は、画像処理部64が所定の画像処理を行うことにより、認識するのに適した画像データを生成する。この画像データは、制御部61に送られる。
次に、ステップS2において、ステップS1で撮像されたそれぞれの画像から制御部61が基準マーク25および26の基準位置(Xa1,Ya1)および(Xa2,Ya2)を取得する。また、それぞれの吸着ノズル22の位置を取得する。そして、ステップS3において、制御部61が取得した基準マーク25および26の基準位置(Xa1,Ya1)および(Xa2,Ya2)と、吸着ノズル22のそれぞれの位置情報を記憶部62に記憶する。
上記S1〜S3のステップが終了し、初期調整が終了すると、図16に示すように、実際に部品120の搭載を行う実装時のフローチャートへと移行する。
実装時には、まず、図1に示すように、プリント基板110が一対の基板搬送コンベア10を介して基台1上に搬入されるとともに、基台1の中央の装着作業位置まで搬送される。
そして、プリント基板110の搬入動作と並行して、図16に示すように、ステップS11において、制御部61により、実装対象の部品120が選択されるとともに、選択された複数の部品120を吸着ノズル22で吸着させるためにヘッドユニット20が実装対象の部品120を保持するテープフィーダ121の上方へ向けて移動を開始する。
そして、ステップS12において、ヘッドユニット20が実装対象の部品120を保持するテープフィーダ121の上方まで移動されることにより、実装対象の部品120の上方に吸着ノズル22が配置される。その後、吸着ノズル22を下降させるとともに、所定のタイミングで吸着ノズル22の先端に負圧が供給される。これにより、テープフィーダ121上の部品120が吸着ノズル22により吸着および保持される。
そして、ステップS13において、実装対象の部品120の吸着が、4本の吸着ノズル22の全てについて完了したかが判断される。実装対象の未吸着部品120が存在する場合には、ステップS11に戻り、再度ヘッドユニット20を移動させ、実装対象の部品120の吸着動作が行われる。一方、実装対象の部品120が所定の吸着ノズル22に全て吸着されたと判断された場合には、ステップS14に移行される。
そして、ステップS14において、所定の吸着ノズル22に吸着された実装対象の部品120をプリント基板110上の所定の位置に搭載するため、ヘッドユニット20が吸着された部品120を保持しながら所定の搭載位置へ向けて移動を開始する。この時点では、まだ搭載位置の補正はされていないので、移動撮像部50の位置ずれの有無に関わらず所定の搭載位置に移動を開始する。
そして、ステップS15において、図2に示すように、ヘッドユニット20の移動中に、移動撮像部50が、ヘッドユニット20に対してX方向に移動しながら4本の吸着ノズル22に吸着された部品120および基準マーク25、26を撮像する。撮像された各部品120および基準マーク25、26のそれぞれの画像は、画像処理部64が所定の画像処理を行うことにより、部品120を認識するのに適した画像データを生成する。この画像データは、制御部61に送られ、各部品120の位置および姿勢と、基準マーク25および26の位置とが認識される。
そして、ステップS16において、制御部61が記憶部62から初期調整時における基準マーク25、26の基準位置(Xa1,Ya1)、(Xa2,Ya2)および4本の吸着ノズル22のそれぞれの位置情報を読み込む。ここで、制御部61が、ステップS15において認識された、部品移動時の基準マーク25、26の認識位置(Xb1,Yb1)、(Xb2,Yb2)と、記憶部62から読み込んだ初期調整時の基準マーク25、26の基準位置(Xa1,Ya1)、(Xa2,Ya2)とに基づいて上記の補正を行う。これにより、吸着された部品120の認識位置(Xb,Yb)を移動撮像部50の位置ずれのない状態の部品120の位置(Xa,Ya)に補正する。
また、制御部61は、補正後の移動撮像部50の位置ずれのない状態の部品120の位置(Xa,Ya)と、記憶部62から読み込んだ初期調整時の吸着ノズル22の位置情報とに基づいて、吸着ノズル22からの部品120の吸着ずれ量を算出する。そして、制御部61は、吸着ノズル22に吸着された部品120の吸着ずれ量に基づいて、ヘッドユニット20の移動位置の補正を行う。
そして、ステップS17において、制御部61はモータ制御部63を介し、移動を行っていたヘッドユニット20の目標位置を補正後の搭載位置へと修正する。これにより、ヘッドユニット20の搭載位置への移動を中断することなく、移動撮像部50の位置ずれによる影響を補正した正確な位置へとヘッドユニット20を移動させることができる。
補正後の搭載位置へとヘッドユニット20が移動されると、ステップS18に移行し、実装対象の部品120を吸着した吸着ノズル22が下降されて、実装対象の部品120がプリント基板110の所定の実装位置に搭載される。そして、ステップS19において、4本の吸着ノズル22が吸着していた部品120の全てが搭載されたか否かが判断される。ここで、未搭載の部品120が存在する場合には、ステップS17に戻り、その部品120の補正後の搭載位置までヘッドユニット20が移動される。一方、未搭載の部品120が存在せず、吸着ノズル22に吸着された部品120の搭載が終了した場合には、ステップS20に移行する。
そして、ステップS20において、搭載が予定されている全ての部品120が搭載されたか否かが判断され、搭載すべき部品120が存在する場合には、再度ステップS11に移行し、新たな実装対象の部品120が選択されるとともに、ヘッドユニット20が実装対象の部品120を保持するテープフィーダ121に向けて移動する。また、搭載すべき部品120が存在せず、全ての部品120が搭載された場合には、実装が終了するとともに、部品120を搭載する際の制御動作も終了する。
本実施形態では、上記のように、移動撮像部50により予め撮像された基準マーク25および基準マーク26の画像と、部品120の移動時に移動撮像部50により撮像される基準マーク25および基準マーク26の画像とに基づいて、撮像された部品120の画像から認識される部品120の認識位置(Xb,Yb)に対して移動撮像部50の位置ずれを補正するように構成することによって、ボールネジ軸23の熱膨張などにより移動撮像部50の位置ずれが生じた場合にも、位置ずれの発生した移動撮像部50により撮像された画像に基づいて認識される部品120の位置を適正な位置に補正することができる。このため、ボールネジ軸23の熱膨張などにより移動撮像部50に位置ずれが生じた場合にも、部品120の搭載精度が低下するのを抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、制御部61は、部品120の移動時に移動撮像部50により撮像される画像から認識した基準マーク25および基準マーク26の各々と吸着された部品120との距離の比と、移動撮像部50により予め撮像されるとともに記憶部62に記憶された画像から取得した基準マーク25および基準マーク26の基準位置(Xa1,Ya1)、(Xa2,Ya2)とに基づいて、移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置(Xa,Ya)を算出することによって撮像された部品120の認識位置(Xb,Yb)に対して移動撮像部50の位置ずれを補正するように構成されることによって、部品120の移動時に撮像された基準マーク25、26と部品120との距離の比を用いて移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置(Xa,Ya)を求めることができるので、各吸着ノズル22に吸着された部品120の認識位置(Xb,Yb)を容易に補正することができる。
また、本実施形態では、上記のように、制御部61は、基準マーク25の基準位置(Xa1,Ya1)と移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置(Xa,Ya)との間の距離と、基準マーク26の基準位置(Xa2,Ya2)と移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置(Xa,Ya)との間の距離との比が、部品120の移動時に移動撮像部50により撮像された基準マーク25の認識位置(Xb1,Yb1)と部品120の認識位置(Xb,Yb)との間の距離と、基準マーク26の認識位置(Xb2,Yb2)と部品120の認識位置(Xb,Yb)との間の距離との比に等しい関係を有することに基づいて、移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置(Xa,Ya)を算出するように構成されることによって、単純な比の関係に基づいて移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置(Xa,Ya)を求めることができるので、移動撮像部50に位置ずれが生じた場合にも各吸着ノズル22に吸着された部品120の正確な位置を容易に算出することができる。
また、本実施形態では、上記のように、移動撮像部50は、直線状に移動するように設けられており、基準マーク25および基準マーク26は、移動撮像部50の移動経路(X方向)に沿ってヘッドユニット20の複数の吸着ノズル22とともに直線状に配列されていることによって、移動撮像部50の移動経路(X方向)に沿って直線状に複数の吸着ノズル22と基準マーク25と基準マーク26とが配列されることにより、基準マーク25および26の位置(Xb1,Yb1)および(Xb2,Yb2)を基準として吸着ノズル22に吸着された部品120の位置(Xb、Yb)を正確に認識することができるので、部品120の認識位置(Xb,Yb)を正確に補正することができる。
また、本実施形態では、上記のように、制御部61は、移動撮像部50の移動経路に直交する方向(Y方向)における移動撮像部50の位置ずれを、移動撮像部50の移動経路に直交する方向(Y方向)への移動撮像部50のボールネジ軸23の平行移動として近似することにより、基準マーク25および基準マーク26の基準位置Ya1、Ya2と、部品120の移動時に撮像された基準マーク25および基準マーク26の認識位置Yb1、Yb2との差に基づいて、部品120の移動時に撮像された認識位置Ybから移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置Yaを算出するように構成されている。このように、移動撮像部50の移動方向(X方向)における移動撮像部50の位置ずれに対してずれ量が小さくて、ずれ量に起因する影響の小さい移動方向と直交する方向(Y方向)の移動撮像部50の位置ずれに関しては、移動撮像部50の移動経路に直交する方向(Y方向)へ移動撮像部50のボールネジ軸23が平行に移動したものと近似することにより、基準マーク25および基準マーク26の基準位置(Ya1およびYa2)と部品120の移動時に撮像された基準マーク25および基準マーク26の認識位置(Yb1およびYb2)との差に基づいて簡単に部品120の認識位置(Yb)の補正を行うことができる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、上記実施形態では、部品移載装置の一例としての表面実装機に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、ICハンドラー(部品試験装置)など、表面実装機以外の部品移載装置にも広く適用可能である。すなわち、ヘッドユニットに設けられた移動機構に沿って移動可能に取り付けられる移動撮像部を有する部品移載装置であれば本発明を適用することができる。
また、上記実施形態では、移動撮像部50は、ボールネジ軸23に移動可能に取り付けられ、サーボモータ24によって駆動されるように構成された例を示したが、本発明はこれに限らず、移動撮像部は、リニアモータ型のアクチュエータなど、ボールネジ以外の移動機構によって移動されてもよい。
また、上記実施形態では、制御部61は、補正後の部品120のX方向の位置座標Xaを、移動撮像部50の位置ずれがない状態の部品120の位置と各基準マーク25、26とのそれぞれの距離の比(Xa−Xa1):(Xa2−Xa)と、移動撮像部50の位置ずれが発生している状態で認識された基準マーク25、26と吸着された部品120との距離の比(Xb−Xb1):(Xb2―Xb)との関係から算出するように構成された例を示したが、本発明はこれに限らず、制御部は、補正後の部品のX方向の位置座標を異なる計算方法により算出するように構成されてもよい。そのための計算方法には種々のものが考えられるが、予め撮像された第1基準マークおよび第2基準マークの画像と、部品の移動時に撮像される第1基準マークおよび第2基準マークの画像とに基づいて、撮像された部品の画像に対して移動撮像部の位置ずれを補正するように構成されていればよく、必要な精度に応じた補正を行えばよい。
また、上記実施形態では、制御部61は、Y方向に関する移動撮像部50の位置ずれを単純な平行移動として近似して、補正後の部品120のY方向の位置座標Yaを、初期調整時の基準位置Ya1およびYa2と、移動撮像部50の位置ずれが発生している状態で認識されたそれぞれの位置座標Yb1、Yb2、Ybとの差から算出した例を示したが、本発明はこれに限らず、制御部は、X方向の場合と同様、補正後の部品120のY方向の位置座標を各基準マークと部品との間の距離の比によって求めてもよい。
また、上記実施形態では、基準マーク25および26は、底面が正方形形状を有する四角柱形状に形成されている例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、底面が円形形状を有する円柱形状や、底面が実装の対象となる部品と同じ形状に形成するなど、四角柱形状以外の形状に形成されていてもよい。基準マークの底面の画像から位置を認識する際に、認識しやすい形状に形成すればよい。
また、上記実施形態では、イメージセンサとして6つのラインセンサからなるTDIセンサを用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、1つのラインセンサを用いてもよい。
また、上記実施形態では、2つの基準マーク25および基準マーク26が、配列された4本の吸着ノズル22の外側にそれぞれ設けられている例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば3つの基準マークが、配列された吸着ノズルの外側と中央とに設けられていてもよい。また、4つ以上の基準マークを設けてもよい。
本発明の一実施形態による表面実装機を示す斜視図である。 図1に示した一実施形態による表面実装機のヘッドユニットおよび移動撮像部の周辺部分を示す斜視図である。 図1に示した一実施形態による表面実装機の正面図である。 図1に示した表面実装機の平面図である。 図2に示した移動撮像部の側面図である。 図2に示した移動撮像部により部品の下面を撮像する場合の光路を示す斜視図である。 図6に対応する平面図である。 図2に示した移動撮像部により部品の側面を撮像する場合の光路を示す斜視図である。 図8に対応する平面図である。 本発明の一実施形態による表面実装機の移動撮像部に用いるTDIセンサの機能を説明するための概念図である。 図1に示した一実施形態による表面実装機の制御的な構成を示すブロック図である。 図2に示した移動撮像部により撮像された基準マークの初期調整時および実装時の画像を示す平面図である。 図2に示した移動撮像部により撮像された基準マークの初期調整時および実装時の画像を示す平面図である。 図2に示した移動撮像部により撮像された部品の実装時および位置ずれがない状態の画像を示す平面図である。 本発明の一実施形態による表面実装機の初期調整時の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による表面実装機の実装時の動作を示すフローチャートである。
符号の説明
20 ヘッドユニット
22 吸着ノズル
23 ボールネジ軸(移動機構)
24 サーボモータ(移動機構)
25 基準マーク(第1基準マーク)
26 基準マーク(第2基準マーク)
50 移動撮像部
61 制御部
62 記憶部
100 表面実装機
120 部品

Claims (5)

  1. 部品を吸着する複数の吸着ノズルを含み、前記部品を前記吸着ノズルに吸着させながら移動して前記部品を所定の位置に載置するヘッドユニットと、
    前記ヘッドユニットに設けられた第1基準マークおよび第2基準マークと、
    前記ヘッドユニットに設けられた所定の移動機構に沿って移動可能に取り付けられ、前記ヘッドユニットに対して移動しながら前記第1基準マークと前記第2基準マークと前記吸着ノズルに吸着された前記部品とを撮像する移動撮像部と、
    前記ヘッドユニットおよび前記移動撮像部の駆動を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、前記移動撮像部により予め撮像された前記第1基準マークおよび前記第2基準マークの画像と、前記部品の移動時に前記移動撮像部により撮像される前記第1基準マークおよび前記第2基準マークの画像とに基づいて、撮像された前記部品の画像から認識される前記部品の位置に対して前記移動撮像部の位置ずれを補正するように構成されている、部品移載装置。
  2. 前記移動撮像部により予め撮像された前記第1基準マークおよび前記第2基準マークの画像情報を記憶する記憶部をさらに備え、
    前記制御部は、前記部品の移動時に前記移動撮像部により撮像される画像から認識した前記第1基準マークおよび前記第2基準マークの各々と吸着された前記部品との距離の比と、前記移動撮像部により予め撮像されるとともに前記記憶部に記憶された画像から取得した前記第1基準マークおよび前記第2基準マークの基準位置とに基づいて、前記移動撮像部の位置ずれがない状態の前記部品の位置を算出することによって、撮像された前記部品の認識位置に対して前記移動撮像部の位置ずれを補正するように構成されている、請求項1に記載の部品移載装置。
  3. 前記制御部は、前記第1基準マークの基準位置と前記移動撮像部の位置ずれがない状態の前記部品の位置との間の距離と、前記第2基準マークの基準位置と前記移動撮像部の位置ずれがない状態の前記部品の位置との間の距離との比が、前記部品の移動時に前記移動撮像部により撮像された前記第1基準マークの認識位置と前記部品の認識位置との間の距離と、前記第2基準マークの認識位置と前記部品の認識位置との間の距離との比に等しい関係を有することに基づいて、前記移動撮像部の位置ずれがない状態の前記部品の位置を算出するように構成されている、請求項1または2に記載の部品移載装置。
  4. 前記移動撮像部は、直線状に移動するように設けられており、
    前記第1基準マークおよび前記第2基準マークは、前記移動撮像部の移動経路に沿って前記ヘッドユニットの複数の前記吸着ノズルとともに直線状に配列されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の部品移載装置。
  5. 前記制御部は、前記移動撮像部の移動経路に直交する方向における前記移動撮像部の位置ずれを、前記移動撮像部の移動経路に直交する方向への前記移動撮像部の前記移動機構の平行移動として近似することにより、前記第1基準マークおよび前記第2基準マークの基準位置と、前記部品の移動時に撮像された前記第1基準マークおよび前記第2基準マークの認識位置との差に基づいて、前記部品の移動時に撮像された認識位置から前記移動撮像部の位置ずれがない状態の前記部品の位置を算出するように構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の部品移載装置。
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